高標準農田建設中高效節水工程設計研究

摘 要：建設高標準農田是保障國家糧食安全的重要基礎，高效節水工程設計則是推進高標準農田建設的重要保障。以武威市涼州區高標準農田建設中高效節水工程設計為例，依據涼州區農田實際特征，闡述了高效節水工程中的主要任務、設計內容及設計思路，分析了高標準農田建設中的高效節水工程設計，探討了工程設計的經濟和社會效益。

關鍵詞：高標準農田建設；高效節水工程；武威市；涼州區

中圖分類號：S275 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）07–0-03

發展高標準農田不僅可減少化肥、水資源和農藥的使用量，還可提高其使用效率，從而推動綠色農業技術的普及，對促進農業可持續發展具有重要意義。在我國“大國小農”的國家背景下，高標準農田的建設成為連接小規模農戶與現代農業的關鍵紐帶。通過集中連片的方式建設高標準農田，不僅能改善農業生產條件，還能增強小規模農戶的抗災能力，并促進其與現代農業的有效銜接，為現代農業發展奠定堅實的基礎。其中，高效節水工程是指依靠工程技術手段，最大限度地減少輸水過程中水資源的損失，提高水分利用效率的灌溉工程[2]。因此，以武威市涼州區高標準農田建設項目為例，設計出高標準農田中高效節水工程，為后期開展同類型高標準農田建設提供借鑒。

1 武威市涼州區高標準農田建設中高效節水工程主要任務及設計內容

涼州區是甘肅省武威市下轄區，地處甘肅省西北部，屬于溫帶大陸性氣候，具有干旱少雨、日照充足、晝夜溫差大的特點。年平均降水量為100 mm，年蒸發量為2 020 mm。因此，項目區屬干旱及水資源緊缺地區，農業種植以旱作物為主。

1.1 工程主要建設任務

涼州區節水增效高效節水灌溉發展工程位置地處西營灌區、雜木灌區、黃羊灌區、永昌灌區、清源灌區以及金羊灌區。工程主要建設任務為發展高效節水灌溉面積8 254.267萬m2，其中包括地下水管灌4 105.000萬m2，地下水滴灌2 523.200萬m2，地表水滴灌1 626.066萬m2。通過此項工程的實施，旨在將傳統渠道灌溉提升為管灌、滴灌等高效節水技術灌溉，形成完善的節水灌溉工程體系，改善農業生產條件，提高農業灌溉水效益，促進節水農業發展。

1.2 工程設計內容

此次工程設計依據《灌溉與排水工程設計規范》（GB 50288—1999）和項目區的水文氣象、水土資源、作物組成、灌區規模、灌水方法及經濟效益等因素，將節水工程內容分為管道輸水工程、地下水滴灌工程以及地下水管灌工程。其中，管道輸水工程灌溉設計保證率為75%，灌溉水利用系數0.8；滴灌工程灌溉設計保證率為90%，灌溉水利用系數0.9。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252—2017）規定，工程屬Ⅲ等中型工程；建筑物級別為3級和4級；工程區建筑物按Ⅷ度地震烈度設防。具體灌區實施灌溉方式及面積見表1。

2 武威市涼州區高標準農田建設中高效節水工程設計

2.1 地表水滴灌工程設計

在此次地表水滴灌工程設計中，充分考慮了農田周圍水源的穩定性和灌溉效率。選擇的典型片區為黃羊灌區長豐村的759.200萬m2農田，采用現有灌區三干直斗渠作為主要取水來源，以確保穩定和可持續的水源供應。

（1）取水及初步處理系統設計。先在取水口后設置一個容積為2萬m3的沉沙蓄水池，以去除水中的沉積物。池內設計水深4 m，頂寬3 m。池底及邊坡使用砂礫石原基夯實，上覆蓋以300 mm厚的細砂保護層，再加一層復合土工膜和30 mm厚的M10水泥砂漿保護層，以及六邊形預制磚，以增強結構的穩定性和耐久性，并安裝“砂石過濾器+篩網過濾器”兩級水質處理過濾設備，以進一步清潔水源，保證滴灌系統的高效運行。

（2）輸配水管網設計。管網采用干、支兩級管道輸配水形式。干、支管（PVC管材，壓力等級0.63 MPa）將被埋設于凍土層以下，以減少溫度變化對管道的影響。同時，在豎管出口設置一套多功能給水栓，以便于灌溉操作[3]。輔管（PE管）和毛管將被鋪設于地面，便于維護和調整。輸配管網見圖1。

（3）滴灌系統設計。在滴灌帶類型選擇上，選用一次性內鑲式滴灌帶，滴頭間距為0.3 m，流量為2.1 L/h。

有助于均勻分布水分，減少水資源消耗。在布局方式上，按照沿作物種植方向一膜兩管四行的方式布置，鋪設間距為0.8 m。以提高灌溉效率和作物生長的適應性。

（4）監控與管理系統設計。在系統首部安裝壓力表（WIKA 232.50）、空氣閥（Bermad C10）、閘閥（DeZURIK Cast Stainless Steel Knife Gate Valves）、水表（Arad Octave

Ultrasonic Meter）等設備和儀表，以實現對整個灌溉系統的精確控制和監測。同時，配備鋼制壓差式施肥罐，實現與灌溉同步施肥，從而提高肥料利用率并減少環境污染。

（5）環境適應性與可持續性的考慮。由于管道主要被埋設于凍土層以下，因此需要采取適當的防凍措施，確保在低溫條件下系統的正常運行[4]。具體措施包括以下幾個方面：①將管道埋設在凍土層（30 cm）以下；②對管道進行絕緣處理，使用絕熱材料如泡沫塑料或玻璃纖維包裹管道。

2.2 地下水滴灌工程設計

地下水滴灌工程的設計重點在于利用現有機井作為水源，并通過改進現有設施來提高整體灌溉效率。先采用更換現狀機井水泵為系統加壓，并安裝“旋流水砂分離器（L）+篩網過濾器（W）”兩級過濾裝置、鋼制壓差式施肥罐、壓力表、空氣閥、閘閥等設備和儀表；輸配水管網由干管、支管、出地豎管、輔管、毛管組成，干、支管采用公稱壓力等級為0.4 Mpa的PVC管，干、支管均埋設于凍土層以下，豎管出口設一套玻璃鋼多功能給水栓（Φ160）；輔管、毛管鋪設于地面，輔管采用公稱壓力0.25 MPa的PE管，灌水器選用一次性內鑲貼片式滴灌帶，滴頭間距0.3 m，流量

2.1 L/h，沿制種玉米種植方向一膜兩管四行布置，鋪設間距0.8 m。滴灌管網見圖2。

2.3 地下水管灌工程設計

針對武威市涼州區的高標準農田建設，該設計方案聚焦于地下水管灌工程，以提高灌溉效率并節約水資源。選取雜木灌區金河鎮舊莊村、李家寨村的9個灌水小組和12眼機井控制的灌溉面積365.333萬m2

作為典型片區，將對現有灌區機井進行改造以適應機壓輸水管灌系統的需求。管灌工程利用現有灌區機井取水，采用機壓輸水管灌。而在管網設計方面，采用干、支兩級管道輸配水形式，該布局有助于高效且均勻地分配水流到各個灌溉區域。根據地塊的實際形狀，管網沿原有渠線進行布置，以最大限度地利用現有資源并減少新開挖的需求，平面布置見圖3。所有干、支管均選用公稱壓力等級為0.4 MPa的PVC管材，管道埋設于凍土層以下加0.2 m；干管引水至田間后與支管連接，連接處設閘閥井，支管按田塊實際情況設置出水口并安裝鐵質多功能給水栓。既考慮了灌溉的實際需求，又增強了系統的靈活性和可調節性。

2.4 工程質量評定

在工程開工前，由項目法人組織監理、設計施工等單位結合工程實際進行工程質量檢驗項目劃分，并在主體工程開工前報涼州區水利工程質量監督與安全管理站審核批復。批復該項目工程共劃分為單位工程17項，分部工程304項，單元工程7 525項。待施工完成后，根據《水利水電工程施工質量檢驗與評定規程》（SL 176—2007）進行施工單位自評、監理單位復核、項目法人認定以及質量監督機構核定。質量評定結果如下：涼州區節水增效高效節水灌溉發展工程共劃分為單位工程17項，分部工程304項，單元工程7 525項。單元工程7 525項，合格7 525項，合格率100%；分部工程304項，合格304項，合格率100%；單位工程17項，合格17項，合格率100%。綜合評定工程質量等級為合格。

3 武威市涼州區高標準農田建設中高效節水工程建設效益評價

3.1 經濟效益評價

隨著武威市涼州區高標準農田建設中高效節水工程建設的完成，該區域的農業發展和效率將得到顯著提高。在項目建成后，建設區將改善灌溉面積8 254.266萬m2，渠道的水利用效率與輸水能力將得到進一步提高，預計年節水量可達到813.260萬m3，新增年產值3 866.5萬元。隨著渠系及其配套設施的建設，農田設施將得到全面完善，科技在農業中的應用也將得到強化，有利于提高農業機械化程度，降低農業勞動強度，以實現整個區域農業資源的高效利用，顯著提高土地產出率和農業勞動生產率[5]。

3.2 社會效益評價

武威市涼州區高標準農田建設中高效節水工程的社會效益體現在多個層面。從農業可持續性來看，通過實施地下水管灌和滴灌工程，將大幅度提高武威市涼州區的水資源利用效率。這不僅減少了水資源的消耗，還減少了對地下水的依賴，減緩了水資源枯竭的速度，有利于區域水資源的可持續管理。同時，高效節水技術的應用還將提高土地產出率，使得同樣面積的土地能夠產生更高的經濟效益，從而有助于保障食品安全和促進農業可持續發展。從環境保護和生態平衡方面看，節水灌溉技術的使用將減少對水資源的過度開采，有助于保護和恢復地下水位，減輕水土流失和土地鹽堿化等環境問題，對維護生態平衡具有重要意義。此外，高效節水技術的應用還將減少化肥和農藥的施用量，減少農業對環境的負面影響，促進農業生產與自然環境的和諧共生[6-7]。

4 結束語

通過對武威市涼州區高標準農田建設中高效節水工程的深入分析與設計，展示了在現代農業發展背景下，高效節水技術在提高農業生產效率和保障國家糧食安全方面的重要作用。通過具體的工程設計，包括地下水管灌和滴灌系統的應用，不僅實現了對涼州區農田實際特征的精準把握，還為高效節水技術在類似農業區域的應用提供了可行性分析和設計范例。在后期研究中，應在更廣泛的地理范圍內，考察類似節水技術的適用性和效果，以進一步驗證研究結果的普遍性和適用性。

參考文獻

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